海水淡化是人類追求了幾百年的夢(mèng)想。早在400多年前，英國(guó)王室就曾懸賞征求經(jīng)濟(jì)合算的海水淡化方法。從20世紀(jì)50年代以后，海水淡化技術(shù)隨著水資源危機(jī)的加劇得到了加速發(fā)展，在已經(jīng)開發(fā)的二十多種淡化技術(shù)中，蒸餾法、電滲析法、反滲透法都達(dá)到了工業(yè)規(guī)模化生產(chǎn)的水平，并在世界各地廣泛應(yīng)用。現(xiàn)在世界上有十多個(gè)國(guó)家的一百多個(gè)科研機(jī)構(gòu)在進(jìn)行著海水淡化的研究，有數(shù)百種不同結(jié)構(gòu)和不同容量的海水淡化設(shè)施在工作。一座現(xiàn)代化的大型海水淡化廠，每天可以生產(chǎn)幾千、幾萬(wàn)甚至近百萬(wàn)噸淡水。
海水淡化即利用海水脫鹽生產(chǎn)淡水。是實(shí)現(xiàn)水資源利用的開源增量技術(shù)，可以增加淡水總量，且不受時(shí)空和氣候影響，可以保障沿海居民飲用水和工業(yè)鍋爐補(bǔ)水等穩(wěn)定供水。從海水中取得淡水的過(guò)程謂海水淡化。現(xiàn)在所用的海水淡化方法有海水凍結(jié)法、電滲析法、蒸餾法、反滲透法等。
海水凍結(jié)法
冷凍法，即冷凍海水使之結(jié)冰，在液態(tài)淡水變成固態(tài)冰的同時(shí)鹽被分離出去。冷凍法與蒸餾法都有難以克服的弊端，其中蒸餾法會(huì)消耗大量的能源并在儀器里產(chǎn)生大量的鍋垢，而所得到的淡水卻并不多;而冷凍法同樣要消耗許多能源，但得到的淡水味道卻不佳，難以使用。真空冷凍海水淡化法工藝包括脫氣、預(yù)冷、蒸發(fā)結(jié)晶、冰晶洗滌、蒸汽冷凝等步驟，海水淡化水產(chǎn)品可達(dá)到國(guó)家飲用水標(biāo)準(zhǔn)，是一種較理想的海水淡化法。
原理
海水三相點(diǎn)是使海水汽、液、固三相共存并達(dá)到平衡的一個(gè)特殊點(diǎn)。若壓力或溫度偏離該三相點(diǎn)，平衡被破壞，三相會(huì)自動(dòng)趨于一相或兩相。真空冷凍法海水淡化正是利用海水的三相點(diǎn)原理，以水自身為制冷劑，使海水同時(shí)蒸發(fā)與結(jié)冰，冰晶再經(jīng)分離、洗滌而得到淡化水的一種低成本的淡化方法。與蒸餾法、膜海水淡化法相比，冷凍海水淡化法能耗低，腐蝕、結(jié)垢輕，預(yù)處理簡(jiǎn)單，設(shè)備投資小，并可處理高含鹽量的海水，是一種較理想的海水淡化法。
工藝
冷凍海水淡化法工藝之脫氣由于海水中溶有的不凝性氣體在低壓條件下將幾乎全部釋放,且又不會(huì)在冷凝器內(nèi)冷凝。這將升高系統(tǒng)的壓力，使蒸發(fā)結(jié)晶器內(nèi)壓力高于二相點(diǎn)壓力，破壞操作的進(jìn)行。顯然減壓脫氣法適合本系統(tǒng)。冷凍海水淡化法工藝之預(yù)冷海水脫氣后可與蒸發(fā)結(jié)晶器內(nèi)排出的濃鹽水和淡化水產(chǎn)生熱交換，預(yù)冷至海水的冰點(diǎn)附近。
溫度和壓力
它們是影響海水蒸發(fā)與結(jié)冰速率的主要因素。海水淡化法工藝之冰—鹽水是一固液系統(tǒng)普通的分離方法均可使冰—鹽水得到分離，但分離方法不同，得到的冰晶含鹽量也不同。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明減壓過(guò)濾方法得到的冰晶含鹽量比常壓過(guò)濾方法得到的冰晶含鹽量低得多。海水淡化法工藝之蒸汽冷凝在蒸發(fā)結(jié)晶器內(nèi)，除海水析出冰晶以外，還將產(chǎn)生大量的蒸汽，這些蒸汽必須及時(shí)移走，才能使海水不斷蒸發(fā)與結(jié)冰。
反滲透法
通常又稱超過(guò)濾法，是1953年才開始采用的一種膜分離淡化法。該法是利用只允許溶劑透過(guò)、不允許溶質(zhì)透過(guò)的半透膜，將海水與淡水分隔開的。在通常情況下，淡水通過(guò)半透膜擴(kuò)散到海水一側(cè)，從而使海水一側(cè)的液面逐漸升高，直至一定的高度才停止，這個(gè)過(guò)程為滲透。此時(shí)，海水一側(cè)高出的水柱靜壓稱為滲透壓。如果對(duì)海水一側(cè)施加一大于海水滲透壓的外壓，那么海水中的純水將反滲透到淡水中。反滲透法的最大優(yōu)點(diǎn)是節(jié)能。它的能耗僅為電滲析法的1/2，蒸餾法的1/40。因此，從1974年起，美日等發(fā)達(dá)國(guó)家先后把發(fā)展重心轉(zhuǎn)向反滲透法。反滲透海水淡化技術(shù)發(fā)展很快，工程造價(jià)和運(yùn)行成本持續(xù)降低，主要發(fā)展趨勢(shì)為降低反滲透膜的操作壓力，提高反滲透系統(tǒng)回收率，廉價(jià)高效預(yù)處理技術(shù)，增強(qiáng)系統(tǒng)抗污染能力等。
多級(jí)閃蒸法
所謂閃蒸，是指一定溫度的海水在壓力突然降低的條件下，部分海水急驟蒸發(fā)的現(xiàn)象。多級(jí)閃蒸海水淡化是將經(jīng)過(guò)加熱的海水，依次在多個(gè)壓力逐漸降低的閃蒸室中進(jìn)行蒸發(fā)，將蒸汽冷凝而得到淡水。目前全球海水淡化裝置仍以多級(jí)閃蒸方法產(chǎn)量最大，技術(shù)最成熟，運(yùn)行安全性高彈性大，主要與火電站聯(lián)合建設(shè)，適合于大型和超大型淡化裝置，主要在海灣國(guó)家采用。多級(jí)閃蒸技術(shù)成熟、運(yùn)行可靠，主要發(fā)展趨勢(shì)為提高裝置單機(jī)造水能力，降低單位電力消耗，提高傳熱效率等。
壓汽蒸餾法
壓汽蒸餾海水淡化技術(shù)，是海水預(yù)熱后，進(jìn)入蒸發(fā)器并在蒸發(fā)器內(nèi)部分蒸發(fā)。所產(chǎn)生的二次蒸汽經(jīng)壓縮機(jī)壓縮提高壓力后引入到蒸發(fā)器的加熱側(cè)。蒸汽冷凝后作為產(chǎn)品水引出，如此實(shí)現(xiàn)熱能的循環(huán)利用。
電滲析法該法
的技術(shù)關(guān)鍵是新型離子交換膜的研制。離子交換膜是0.5-1.0mm厚度的功能性膜片，按其選擇透過(guò)性區(qū)分為正離子交換膜(陽(yáng)膜)與負(fù)離子交換膜(陰膜)。電滲析法是將具有選擇透過(guò)性的陽(yáng)膜與陰膜交替排列，組成多個(gè)相互獨(dú)立的隔室海水被淡化，而相鄰隔室海水濃縮，淡水與濃縮水得以分離。電滲析法不僅可以淡化海水，也可以作為水質(zhì)處理的手段，為污水再利用作出貢獻(xiàn)。此外，這種方法也越來(lái)越多地應(yīng)用于化工、醫(yī)藥、食品等行業(yè)的濃縮、分離與提純。
熱膜聯(lián)產(chǎn)法
熱膜聯(lián)產(chǎn)主要是采用熱法和膜法海水淡化相聯(lián)合的方式(即MED-RO或MSF-RO方式)，滿足不同用水需求，降低海水淡化成本。目前，世界上最大的熱膜聯(lián)產(chǎn)海水淡化廠是阿聯(lián)酋富查伊拉海水淡化廠，日產(chǎn)海水淡化水量為45.4萬(wàn)立方米，其中，MSF日產(chǎn)水28.4萬(wàn)立方米，RO日產(chǎn)水17萬(wàn)立方米。其優(yōu)點(diǎn)是：投資成本低，可共用海水取水口。RO和MED/MSF裝置淡化產(chǎn)品水可以按一定比例混合滿足各種各樣的需求。
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